機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)以及包括它的機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明總體涉及機(jī)器人，尤其涉及機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，該旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)包括采用柔性印刷電路(FPC)板的接線單元。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于工業(yè)機(jī)器人，特別是被設(shè)計(jì)成在有限并且復(fù)雜的工作空間中工作的工業(yè)機(jī)器人，靈活性和緊湊性是其中的主要設(shè)計(jì)要求，并且電纜布線在機(jī)器人應(yīng)用中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
[0003]機(jī)器人通常包含一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，以便實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手臂的靈活定位。通常，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)范圍越大，機(jī)器人越靈活。然而，為了將電力和多種信號(hào)傳輸?shù)綑C(jī)器人手臂以及將電力和多種信號(hào)從機(jī)器人手臂傳輸，通常會(huì)有一根或多根電纜穿過每個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，并且這些電纜不能長(zhǎng)時(shí)間承受過度的彎曲和扭曲，這已經(jīng)成為對(duì)于旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的大旋轉(zhuǎn)范圍來(lái)說(shuō)的主要困難之一。
[0004]按照傳統(tǒng)的方法，電纜或軟管包的線路被布置在機(jī)器人的外部，以便給予電纜彎曲的空間并阻止它們磨損。但是這將導(dǎo)致很多問題。例如，機(jī)器人電纜(由普通材料制成)的氣體揮發(fā)對(duì)現(xiàn)代潔凈室的真空環(huán)境是致命的，因?yàn)殡娎|的氣體揮發(fā)將污染整個(gè)工作空間還有其中的產(chǎn)品。在傳統(tǒng)領(lǐng)域中還會(huì)發(fā)生問題:用于機(jī)床上下料的機(jī)器人，尤其是具有不受保護(hù)的機(jī)器人電纜的機(jī)器人，還將遭受腐蝕性切削液，并且導(dǎo)致機(jī)器人壽命以及工廠生產(chǎn)力降低。
[0005]將全部的線布置在機(jī)器人內(nèi)部在當(dāng)今是新的趨勢(shì)。但是由于有限的內(nèi)部空間和大的彎曲半徑的要求，這類布線十分困難并且單個(gè)關(guān)節(jié)的工作范圍通常會(huì)受到電纜布線而不是其它機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制。
[0006]為了解決在有限空間中的布線問題，已經(jīng)進(jìn)行了多種嘗試，最成功的解決方案之一是使用新的材料，例如FPC。需要的空間更少和更長(zhǎng)的壽命使得FPC成為一個(gè)優(yōu)選的布線解決方案。但是由于其固有的材料特性，F(xiàn)PC容易在機(jī)器人的裝配和運(yùn)行期間因?yàn)榻佑|凸起、銳邊、毛刺、翅片等而損壞。導(dǎo)體上的絕緣可能會(huì)被刮擦，或FPC可能會(huì)被切割，特別是當(dāng)應(yīng)力釋放結(jié)構(gòu)不可用時(shí)。
[0007]因此，當(dāng)在機(jī)器人中使用FPC時(shí)應(yīng)采取保護(hù)。
[0008]為了在關(guān)節(jié)中走線，F(xiàn)PC通常由兩個(gè)部件組成:移動(dòng)部件和固定部件。實(shí)踐中，更注重保護(hù)前者。
[0009]為了防止移動(dòng)FPC被其它結(jié)構(gòu)磨損，如圖1A所示，GB2164506A使用由兩個(gè)相對(duì)旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件組成的盒狀物來(lái)限制FPC的空間并且提供光滑的接觸表面。順著這個(gè)思路，在JP2009-64479和JP2012-51045中延長(zhǎng)對(duì)FPC的移動(dòng)部件的保護(hù)。通過采用這類解決方案，移動(dòng)FPC可以被很好地保護(hù)。但是FPC的固定部件仍然可能在裝配期間損壞。
[0010]為了給予FPC更好的保護(hù)，DE102011051733和JP2012035372A嘗試通過將全部連接器放置在一盒狀物的兩側(cè)上來(lái)將整個(gè)FPC約束在該盒狀物內(nèi)部，如圖1B所示。只有當(dāng)電力線和信號(hào)線的數(shù)量有限時(shí)才可采用這個(gè)解決方案，否則將很多引腳或連接器布置在單個(gè)盒狀物上要求大的空間，并且因此對(duì)于小且緊湊的機(jī)器人來(lái)說(shuō)盒狀物將太大。
[0011]鑒于以上情況，需要在本領(lǐng)域開發(fā)一種改進(jìn)的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和改進(jìn)的布線結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的通過一種機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)以及包括該旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的機(jī)器人實(shí)現(xiàn)，以便為FPC提供更好的解決方案同時(shí)不失緊湊性。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一方面，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)包含接線單元，接線單元中具有FPC板的主要部分。所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)還包含固定至所述接線單元的保護(hù)單元，其中所述FPC板的端部連接至一組電纜。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例，所述FPC板的所述端部固定至所述保護(hù)單元。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例，所述保護(hù)單元包含相互耦接的連接構(gòu)件和塑料板，所述連接構(gòu)件固定至所述接線單元，所述塑料板固定至所述FPC板的所述端部。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例，所述保護(hù)單元包含多個(gè)塑料板，塑料板大體上相互平行或水平，用于使多個(gè)所述FPC板的所述端部彼此分開并且能夠分別連接對(duì)應(yīng)組的電纜。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例，所述連接構(gòu)件具有盒狀形狀且不具有上表面，能夠容納所述塑料板，并且具有在側(cè)表面上的開口，開口供所述電纜穿過。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例，所述塑料板的端部為弧形形狀。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例，所述保護(hù)單元還包含一個(gè)或多個(gè)螺釘和/或一個(gè)或多個(gè)卡鉤，用于將所述塑料板固定至所述連接夠件。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述塑料板垂直于所述接線單元或向所述接線單元傾斜。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述電纜被焊接到所述FPC板的所述端部，保護(hù)膜和/或增強(qiáng)膜放置于焊接有所述電纜的區(qū)域，所述保護(hù)膜和/或增強(qiáng)膜固定至所述塑料板。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例，所述保護(hù)膜是膠類型。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例，軟質(zhì)或硬質(zhì)的增強(qiáng)層在所述FPC板的一側(cè)或兩側(cè)上，所述增強(qiáng)層固定至所述塑料板。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例，所述增強(qiáng)層通過黏合劑或膠帶部分地或完全地固定在所述FPC板上。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例，所述保護(hù)單元還包含一個(gè)或多個(gè)夾緊件，用來(lái)將所述電纜固定到所述保護(hù)單元。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例，所述保護(hù)單元還包含在所述保護(hù)單元內(nèi)部的一個(gè)或多個(gè)結(jié)，用來(lái)防止所述電纜被拔出。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例，所述保護(hù)單元還包含填充在所述保護(hù)單元中的熔化的黏合劑。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例，所述接線單元包含可相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)的第一旋轉(zhuǎn)構(gòu)件和第二旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，并且所述FPC板的所述主要部分的第一部分連接至所述第一旋轉(zhuǎn)構(gòu)件并且所述FPC板的所述主要部分的第二部分連接至所述第二旋轉(zhuǎn)構(gòu)件。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例，所述第一旋轉(zhuǎn)構(gòu)件設(shè)置有孔，并且所述FPC板的所述主要部分的所述第一部分圍繞孔足夠松散地卷繞，以便允許它本身相對(duì)所述FPC板的所述主要部分的所述第二部分移動(dòng)。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，機(jī)器人包含旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。
[0031]當(dāng)結(jié)合所附附圖閱讀時(shí)，從下面具體的示例性實(shí)施例的描述中也將理解本申請(qǐng)的實(shí)施例的其它特征和優(yōu)點(diǎn)，所附附圖中通過示例的方式示出了本發(fā)明的原理。
[0032]與目前的現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的解決方案至少具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0033](I)對(duì)FPC更好的保護(hù):可以避免磨損以及FPC和機(jī)器人手臂之間的高壓擊穿。
[0034](2)易于裝配:沒有增強(qiáng)力將被施加到FPC上，并且FPC將不會(huì)在機(jī)器人裝配期間被銳邊、毛刺、翅片等切割。
[0035](3)節(jié)省空間:與將連接器放置在FPC盒狀物上(就像DE102011051733的解決方案)相比較，將塑料板和電纜放置在FPC盒狀物上需要少得多的空間，并且布線結(jié)構(gòu)可以更加靈活和緊湊。
[0036](4)成本低:可避免使用昂貴的柔性電纜，并且可使布線結(jié)構(gòu)的尺寸最小化。
【附圖說(shuō)明】
[0037]參照附圖中示出的優(yōu)選的示例性實(shí)施例，在下面的描述中將更纖細(xì)地講解本發(fā)明的主題，圖中:
[0038]圖1A和IB分別示出了旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)中的FPC的常規(guī)保護(hù)結(jié)構(gòu)；
[0039]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包含多個(gè)FPC板的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的立體圖；
[0040]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的接線單元和保護(hù)單元的立體圖；
[0041 ]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的保護(hù)單元的立體圖；
[0042]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有增強(qiáng)層的FPC板；
[0043]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的焊接至電纜的FPC板的立體圖；
[0044]圖7A示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包含多個(gè)FPC板的接線單元和保護(hù)單元的立體圖；
[0045]圖7B示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包含多個(gè)FPC板的接線單元和保護(hù)單元的截面圖；
[0046]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包含多個(gè)FPC板的保護(hù)單元的截面圖；
[0047]圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的塑料板的立體圖；
[0048]圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的接線單元和保護(hù)單元的立體圖；
[0049]圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的保護(hù)單元的立體圖；
[0050]圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包含多個(gè)FPC板的保護(hù)單元的立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0051]在下文中結(jié)合所附附圖描述本發(fā)明的示例性的實(shí)施例。為了清楚和簡(jiǎn)明起見，說(shuō)明書中沒有描述實(shí)際實(shí)施方式的全部特征。
[0052]總的來(lái)說(shuō)，本申請(qǐng)的實(shí)施例提供一種新的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。正如從下面的進(jìn)一步討論中顯而易見的，采用一個(gè)或多個(gè)FPC板來(lái)提供接線單元，并且也提供保護(hù)單元。
[0053]FPC板通常是指安裝在柔性塑料襯底上(例如聚酰亞胺或聚酯薄膜)的電路或接線結(jié)構(gòu)。一種類型的FPC板含有一個(gè)或多個(gè)印刷線，印刷線用于將電子器件或電子組件直接地或用連接器相互連接。FPC板可薄至0.1mm并且能夠被彎曲，彎曲半徑小至1mm。
[0054]在對(duì)本申請(qǐng)的多種實(shí)施例的通篇描述中，將省略一些類似元件的重復(fù)描述。
[0055]根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，圖2中示出了包含多個(gè)FPC板的機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)包含接線單元4，接線單元4中具有FPC板的主要部分12，且旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)還包含固定至接線單元4的保護(hù)單元3，其中FPC板的端部11連接至一組電纜2。通過將FPC板固定至電纜來(lái)將全部FPC板轉(zhuǎn)換成傳統(tǒng)的電纜。通過這種方式，采用FPC可避免將線路直接布置到機(jī)器人手臂的內(nèi)部，并且也不必使用昂貴的柔性電纜。
[0056]應(yīng)注意的是，第一和第